空気から水へのヒートポンプ システムを設計する場合、バッファー タンクは単純な貯水容器として扱われることがあります。

しかし、温水工学の観点から見ると、その役割はさらに重要になる可能性があります。

正しく設計されたバッファー タンクは次のことに役立ちます。

• システムの水量と熱慣性を増加します。

• ヒートポンプの短いサイクルを減らす

• ヒートポンプを建物の回路から油圧的に分離する

• ヒートポンプを通る水の流れを安定させる

• 同伴空気の収集と除去に役立ちます

• 堆積物が沈殿しやすい場所を提供する

• ポンプの選択を簡素化

• トラブルシューティングと試運転を容易にする

これは、次のような場合に特に重要です。二次温水システム、ヒートポンプ回路と建物の配電回路が別々の循環ポンプで動作する場合。

それでは、バッファタンクは正確に何をするのでしょうか?また、いつ設置する価値があるのでしょうか?

エンジニアの視点から見てみましょう。

1. ヒートポンプシステムのバッファタンクとは何ですか?

バッファタンクは、温水加熱または冷却システム内に設置される水容器です。

家庭用の温水シリンダーとは異なり、その主な目的は一般に次のとおりです。飲料用の熱湯を保管しないこと。

代わりに、ヒートポンプと加熱または冷却ターミナルの間を循環するシステム水が含まれています。

一般的なセカンダリ システムでは、設備を 2 つの回路に分割できます。

一次回路

空気源ヒートポンプ → 一次循環ポンプ → バッファタンク → ヒートポンプ

二次回路

バッファタンク → 二次循環ポンプ → 床暖房・ラジエーター・ファンコイル → バッファタンク

したがって、バッファタンクは以下の間のイ​​ンターフェースになります。

熱源 ↔ 建物負荷

この構成により、ヒートポンプと建物の配電システムが異なる水圧条件下で動作することが可能になります。

2. 機能その1：システム水量の増加

これはおそらく、バッファー タンクの最もよく知られた機能です。

水は熱質量を提供します。

温水システムに含まれる水の量が増えるほど、その温度を変化させるためにより多くの熱エネルギーが必要になります。

基本的な関係は次のとおりです。

Q = m × Cp × ΔT

どこ：

• Q= 熱エネルギー

• メートル= 水の質量

• CP= 比熱容量

• ΔT= 水温変化

実際の HVAC 計算の場合、おおよそ次のようになります。

1 リットルの水は、1°C の温度変化ごとに 1.16 Wh の熱エネルギーを蓄えます。

たとえば、使用可能な 5°C の温度範囲で動作する 200 L のバッファー タンクは、およそ次の効果をもたらします。

200 × 1.16 × 5 = 1,160Wh

または次のことについて

1.16kWhの蓄熱量

これは、バッファタンクがエネルギーを生成するという意味ではありません。

それは単にシステムをより優れたものにするだけです熱慣性。

そして、これはヒートポンプの動作に非常に役立ちます。

3. 機能その2：ヒートポンプのショートサイクル削減

エンジニアがバッファータンクを検討する最大の理由の 1 つは次のとおりです。短いサイクリング。

最小加熱出力 5 kW まで調整できるインバーター ヒート ポンプを想像してください。

ただし、屋外温度が穏やかな場合、建物に必要な電力は 2 kW だけです。

現在、次のものがあります。

ヒートポンプ出力：5kW
建物需要: 2kW
過剰出力：3kW

十分な水量がないと、この追加エネルギーにより水温が急激に上昇します。

ヒートポンプは目標出水温度に達するとオフになります。

建物は熱を消費し続けます。

水温が下がります。

ヒートポンプが再び始動します。

結果は次のとおりです。

オン→オフ→オン→オフ→オン

ショートサイクリングです。

頻繁なサイクリングは以下に悪影響を与える可能性があります。

• 季節効率

• コンプレッサーの動作安定性

• 室内の快適さ

• 部品の寿命

• 電力消費量

バッファタンクは水の量を増やすことで、水温の変化速度を遅くします。

したがって、ヒートポンプは、停止状態に達するまでに、より長時間動作することができます。

4. 機能その3：ヒートポンプ出力と建物需要のバランスをとる

熱生産と建物の熱需要が、どの瞬間においても完全に等しいことはほとんどありません。

仮定する：

ヒートポンプ出力 > 需要の構築

過剰な熱エネルギーにより、システムの水の温度が一時的に上昇します。

次に、逆の条件を考えてみましょう。

建物需要 > ヒートポンプ瞬間出力

建物は水に蓄えられた熱エネルギーの一部を抽出し始めます。

したがって、バッファタンクは、発熱と熱消費の間の一時的な熱バッファとして機能します。

これを表現する便利な方法は次のとおりです。

ヒートポンプ出力 = 建物負荷 + システム損失 ± 貯蔵エネルギーの変化

これがこの用語の理由ですバッファタンクが適切です。

熱源と負荷の間の短期的な差異を「緩衝」するのに役立ちます。

5. 機能その4：水圧分離

二次温水システムでは、バッファタンクの最も重要な機能の 1 つは水圧分離です。

2 つの回路をもう一度考えてみましょう。

一次側

一次循環ポンプは次に従って選択されます。

• ヒートポンプ必要流量

• 熱交換器の圧力降下

• 一次配管抵抗

• バルブと継手

• メーカーの最小および公称流量要件

二次側

二次循環ポンプは次の役割を果たす必要がある場合があります。

• 床暖房

• ラジエーター

• ファンコイルユニット

• 複数のフロア

• 複数の加熱ゾーン

• ゾーンバルブ

• 長いパイプ配管

• 分配マニホールド

これらはまったく異なる油圧条件です。

分離しないと、1 つのポンプが両方の側を同時に満たさなければならなくなる可能性があります。

適切に設計された二次システムを使用すると、ヒート ポンプ回路をヒート ポンプ用に最適化し、端末回路を建物用に最適化できます。

これはエンジニアリング上の大きな利点です。

6. 機能 No. 5: 温水システムからの空気の除去を支援する

空気は温水 HVAC システムにおいて最も過小評価されている問題の 1 つです。

充填および試運転後でも、少量の空気が水中に溶解したままになったり、別の場所に閉じ込められたりする場合があります。

以下の原因により、空気がシステムに侵入したり、システム内に滞留したりする可能性があります。

• 初期充填

• メンテナンス

• 漏れ

• 圧力変動

• 溶液から出る溶存ガス

• 不適切な試運転

システム内の空気は次の原因となる可能性があります。

• ノイズ

• 循環の低下

• 不安定な流れ

• 熱伝達の減少

• ポンプのキャビテーション

• 腐食

• エアロック

• 端末のパフォーマンスが悪い

バッファタンクは断面積が大きいため、空気の分離に役立ちます。

7. バッファタンクが空気の除去に役立つのはなぜですか?

比較的小さなパイプの中を流れる水について考えてみましょう。

水流の速度がかなり速い可能性があります。

したがって、小さな気泡が水の移動とともに運ばれる可能性があります。

水がはるかに大きなバッファタンクに入ると、流断面積が劇的に増加します。

結果として：

水流の速度が低下します。

速度が遅いと、同伴された気泡が水から分離し、タンクの上部に向かって上昇しやすくなります。

適切な場合自動エアベントまたはエアセパレータ適切な高い位置に設置すると、蓄積した空気をシステムから除去できます。

簡単に言うと:

高速パイプの流れ → バッファタンク → 低速 → 空気上昇 → エアベント

これにより、システムの安定性が向上します。

ただし、バッファタンクは、正しく設計されたエアセパレータが必要な場合にその代替品とみなすべきではありません。

8. 機能その6：沈殿物や不純物の収集を助ける

より重い汚染物質に対しては、同じ原理が逆に作用する可能性があります。

水はバッファタンクに入ると速度が低下します。

空気は上昇する傾向があります。

重い粒子は沈降する傾向があります。

温水システムには次のような汚染物質が含まれる場合があります。

• パイプの破片

• 錆粒子

• 金属酸化物

• 規模

• 設置残渣

• 浮遊固体

これらの汚染物質は、配管、バルブ、継手、古いラジエーター、またはその他のコンポーネントから発生する可能性があります。

バッファタンクの適切な低点ドレンにより、メンテナンス中に沈殿した物質を簡単に除去できます。

これは、既存のラジエーターや配管にすでに汚染が含まれている可能性がある改造システムに特に役立ちます。

繰り返しになりますが、バッファータンクは専用のタンクに代わるものではありません。ダートセパレーターまたは磁気フィルターこれらが必要な場合。

代わりに、システム全体の空気と汚れの管理戦略を補完できます。

9. 空気と汚れがそれほど重要な理由

空気と汚染は単にメンテナンスの問題ではありません。

これらはヒートポンプのパフォーマンスに直接影響を与える可能性があります。

温水回路内に空気が閉じ込められると、効果的な水の循環と熱伝達が低下する可能性があります。

汚染物質は以下に影響を与える可能性があります。

• プレート式熱交換器

• 循環ポンプ

• コントロールバルブ

• ストレーナー

• フローセンサー

• ファンコイル熱交換器

このため、優れた温水工学工学では次のことだけを考慮する必要があります。

流量 + 温度

だけでなく：

水質 + 空気管理 + 汚れの分離

これらの要素は、システムの耐用期間にわたってますます重要になります。

10. 二次システムの利点: より正確な一次ポンプの選択

これは、セカンダリ システムのあまり明らかではない利点の 1 つです。

ヒートポンプが専用の一次回路を介してバッファタンクに接続されている場合、この回路の水圧状態は比較的予測可能です。

設計者は次のことを計算できます。

必要な流量 + 配管圧力損失 + ヒートポンプ圧力損失 + バルブ/継手の抵抗

これにより、ポンプの選択がより正確になります。

エンジニアは、建物ネットワーク全体の予測が難しいという理由だけで大型ポンプを選択するのではなく、ヒート ポンプ回路専用の主ポンプを選択できます。

例えば：

ヒートポンプ → 短い一次配管 → バッファタンク

以下よりも計算がはるかに簡単です。

ヒートポンプ → 複数の床 → 異なるパイプ径 → ゾーンバルブ → ラジエーター → ファンコイル → 床暖房 → 複数のマニホールド

この分離は、複雑な設置において特に有益です。

11. エネルギー効率にとって正確なポンプの選択が重要である理由

循環ポンプは作動するたびに電力を消費します。

ポンプが大きすぎると、次のような問題が発生する可能性があります。

• 過剰な水流速度

• 消費電力の増加

• バルブノイズ

• 不要な差圧

• コントロール動作が悪い

ポンプのサイズが小さすぎると、次のような問題が発生する可能性があります。

• 不十分な水の流れ

• ΔTが大きい

• 端子出力の低下

• ヒートポンプ警報

• 暖房や冷房の性能が悪い

したがって：

正しい循環ポンプとは最大のポンプではなく、適切な制御により必要な揚程で必要な流量を提供できるポンプです。

セカンダリ システムでは、専用のプライマリ ループにより、この選択が簡単になります。

12. 利点: 二次ポンプの選択は建物に重点を置くことができます

二次循環ポンプは別の役割を果たします。

それは建物に役立ちます。

その選択では、次のような要素を考慮する必要があります。

• 端子の種類

• 必要な端末の流れ

• パイプの長さ

• パイプ径

• 曲がりの数

• マニホールド

• コントロールバルブ

• ミキシングバルブ

• システム設計に関連する建物の高さ

• 分配圧力損失

• 同時ゾーンデマンド

実際のプロジェクトでは、設計の初期段階でこれらすべての要素を完全に見積もることは困難な場合があります。

これは特に改修プロジェクトに当てはまります。

二次システムは、建物側の不確実性をヒートポンプの一次回路から分離するのに役立ちます。

13. 可変速ポンプが特に価値を持つようになる

ほとんどの建物では、常に最大流量を必要とするわけではありません。

8 つの暖房ゾーンがあるヴィラを考えてみましょう。

夜間には、おそらく 3 つのゾーンだけが暖房を必要とします。

二次ポンプがフルスピードで動作し続ける場合、そのポンピングエネルギーの多くは不要になる可能性があります。

最新の可変速 ECM ポンプは、システムの要求に応じて動作点を調整できます。

例えば：

より多くのゾーンがオープン → より高いフロー要件

開いているゾーンが少なくなる → 必要なフローが少なくなる

これは特に次の場合に役立ちます。

• ゾーン床暖房

• サーモスタットラジエーターシステム

• ファンコイルネットワーク

• マルチルームインスタレーション

適切な可変速制御により、不必要な補助エネルギーの消費を大幅に削減できます。

14. 利点: ヒートポンプとターミナルポンプを独立して制御できる

これは、セカンダリ システム アーキテクチャのもう 1 つの重要な利点です。

の一次ポンプヒートポンプの運転に合わせて制御できます。

の二次ポンプ建物の需要に応じて制御できます。

例えば：

一次回路

ヒートポンプで加熱または冷却が必要な場合:

ヒートポンプON→一次ポンプON

ヒートポンプが停止すると、次のようになります。

プライマリポンプはメーカーの制御ロジックに従います

二次回路

1 つ以上の部屋に暖房が必要な場合:

ゾーンデマンド→セカンダリポンプON

すべてのゾーンが満たされている場合:

建物の需要がない → 二次ポンプが速度を落とすか停止する可能性がある

これにより、熱源と建物の配電システムがそれぞれの要件に応じて動作することが可能になります。

15. 利点: コミッショニングとトラブルシューティングが容易になる

この利点は、設置業者やアフターセールス エンジニアにとって特に重要です。

直接システムでは、ヒートポンプと建物の配電ネットワーク全体が油圧で接続されています。

流れの問題が発生した場合、技術者は以下を調査する必要がある場合があります。

ヒートポンプ → ポンプ → パイプ → バルブ → マニホールド → ラジエーター → ファンコイル → 床暖房

問題はほぼどこにでもある可能性があります。

セカンダリ システムは、設備を診断しやすい 2 つの回路に分割します。

一次側の問題？

チェック：

• ヒートポンプ

• 一次ポンプ

• 一次配管

• バッファタンク接続

• 流量センサー

• 一次バルブ

二次側の問題？

チェック：

• 二次ポンプ

• ゾーンバルブ

• ミキシングバルブ

• マニホールド

• ターミナルユニット

• 配水管工事

この分離により、試運転とトラブルシューティングが大幅に容易になります。

16. セカンダリ システムは複数の端末タイプに特に役立ちます

以下を使用するプロジェクトを検討してください。

空気熱源ヒートポンプ + ラジエーター + ファンコイル + 床暖房

各端末には異なる要件がある場合があります。

1 つの固定流量回路でこれらの条件をすべて満たそうとするのは困難になる場合があります。

セカンダリ システムは、より優れた柔軟性を提供します。

各ターミナル回路の要件に応じて、個別のポンプ、混合バルブ、マニホールド、および制御装置を設計できます。

17. もう一つの重要な利点: より安定した霜取り動作

寒くて湿気の多い天候で動作する空気熱源ヒートポンプは、室外熱交換器の霜を定期的に取り除く必要があります。

逆サイクル霜取り中、熱エネルギーはシステムの水側から取得されます。

利用可能なシステム水量が少なすぎると、霜取り中に水温が急激に低下する可能性があります。

したがって、適切な水量は、このプロセス中に熱安定性を提供するのに役立ちます。

バッファー タンクは、この利用可能な熱質量に寄与する可能性があります。

ただし、必要な最小システムボリュームと解凍戦略は常に次のとおりである必要があります。ヒートポンプメーカーの技術要件。

バッファタンクのサイズを推測だけで決めてはいけません。

18. すべてのヒートポンプにバッファタンクが必要ですか?

いいえ。

これは重要です。

バッファー タンクは多くの便利な機能を提供しますが、実際のエンジニアリング要件を解決する必要があります。

単純なシステムがすでに以下を備えている場合は、システムは必要ない可能性があります。

• 十分なシステム水量

• 安定した水流

• ヒートポンプを通過する適切な最小流量

• 良好なインバータ変調

• 限定されたゾーニング

• 正しい油圧設計

• 許容可能な最小コンプレッサー実行時間

たとえば、適切に設計されたシングルゾーン床暖房システムには、すでにかなりの量の水が含まれており、安定した流量が得られます。

大きなバッファタンクを追加しても、追加の利点はほとんど得られない可能性があります。

19. バッファタンクを特に検討する価値があるのはどのような場合ですか?

システムに次の機能がある場合、バッファ タンクの価値はさらに高まります。

複数のゾーン
室内のサーモスタットとバルブにより、水の流れが頻繁に変化します。

複数の端子タイプ
ラジエーター、床暖房、ファン コイルは、さまざまな油圧条件で動作します。

システムの水量が少ない
このシステムは、ヒートポンプメーカーの最小容量要件を満たしていません。

ショートサイクルのリスク
ヒートポンプの最小出力は、多くの場合、建物の需要よりも高くなります。

可変流量
多くのターミナルバルブは動作中に開閉します。

水圧分離要件
ヒートポンプと建物の回路には異なる流量が必要です。

解凍要件
追加の熱質量は、安定した水温を維持するのに役立ちます。

複雑な建物分布
二次回路の油圧抵抗は予測が困難です。

20. バッファタンクと家庭用温水タンク: 混同しないでください

これは住宅所有者や新しく設置する人にとって特に重要です。

あバッファタンクそして家庭用温水タンクさまざまな機能を実行します。

バッファタンク

温水システムの水が含まれており、以下をサポートします。

冷暖房システム

家庭用温水タンク

飲料用の熱水を次の目的で保管します。

シャワー・蛇口・バスルーム・キッチン

したがって、一部のヒートポンプ設備には次の両方が含まれる場合があります。

ヒートポンプ + バッファタンク + DHWタンク

これらを同じコンポーネントとして扱うべきではありません。

21. バッファタンクはすべての設計問題の解決策ではない

この点は強調する価値がある。

バッファタンクを取り付けても次のことは修正できません。

• 不適切なヒートポンプのサイジング

• 建物の熱負荷計算が不十分

• 小さめの配管

• ポンプの選択が間違っている

• 不正な制御ロジック

• 過度に高い水温要件

• 端子の選択が悪い

• 不適切なシステムバランス

バッファー タンクはツールであり、不適切な HVAC エンジニアリングを解決するものではありません。

完全なシステムを正しく設計する必要があります。

22. 優れた二次システム設計は制御が重要

二次システムは、双方がインテリジェントに制御されると、その潜在能力を最大限に発揮します。

基本的な哲学は次のとおりです。

一次側 = ヒートポンプの要件に従って制御

2次側 = 建物の需要に応じて制御

たとえば、ヒート ポンプでは次のものが使用される場合があります。

• 出水温度制御

• 天候補償

• バッファタンク温度

• コンプレッサーモジュレーション

一方、セカンダリ システムは次のことに応答する可能性があります。

• 部屋のサーモスタット

• ゾーン需要

• 差圧

• 給水温度

• 端末需要

• 可変速ポンプ制御

目的は、両方のポンプを最大速度で連続的に稼働させることではありません。

供給するのが目的です実際に必要なのは流れと熱エネルギーのみ。

23. バッファタンクの利点の概要

24. これらすべての背後にあるエンジニアリング原理

ヒートポンプを適切に設置するには、次の 4 つの基本要素のバランスが取れている必要があります。

発熱

↓

水の流れ

↓

蓄熱装置

↓

需要の構築

バッファー タンクは、これらの要素の交差点に位置します。

以下の違いを管理するのに役立ちます。

ヒートポンプ出力 ↔ 建物負荷

そして：

一次流 ↔ 二次流

これが、バッファータンクが適切に設計された二次温水システムにおいて非常に重要なコンポーネントとなる理由です。

結論: バッファタンクは設置する価値がありますか?

適切なアプリケーションで、絶対に。

適切に設計されたバッファー タンクは、単に空気から水へのヒート ポンプ システムの水量を増やすだけではありません。

それは以下を提供できます:

熱緩衝、水圧分離、流れの安定化、短サイクル削減、空気管理の改善、沈殿物の収集、ポンプの選択の容易化、独立した回路制御、およびトラブルシューティングの簡素化。

しかし、重要なフレーズは次のとおりです。

適切に設計されています。

バッファータンクの容量、パイプ接続、循環ポンプ、センサー、バルブ、制御戦略はすべて連携して機能する必要があります。

シンプルで安定した単一ゾーン システムの場合、バッファ タンクは必要ない場合があります。

複雑なシステムの場合、床暖房、ラジエーター、ファンコイル、複数のゾーン、または可変水流、正しく設計されたバッファタンクを備えた二次温水システムは、工学的に大きな利点をもたらします。

最高の HVAC システムとは、コンポーネントが最も多いシステムではありません。

それは、すべてのコンポーネントが明確なエンジニアリング目的を持つものです。

空気源ヒートポンプ、温水暖房システム、床暖房アプリケーション、OEM ヒートポンプ ソリューションに関する技術情報の詳細については、次のサイトをご覧ください。

www.ecoheat-pump.com

FAQ: ヒートポンプバッファタンク

空気熱源ヒートポンプにはバッファタンクが必要ですか?

いつもではありません。バッファタンクは、追加のシステム水量、水力分離、流れの安定化、またはショートサイクルの防止が必要な場合に特に役立ちます。十分な水量と安定した流量を備えたシンプルなシステムは、システムなしでも動作します。

ヒートポンプ システムのバッファ タンクはどのような役割を果たしますか?

バッファタンクは、システムの水量を増やし、熱慣性を提供し、一次回路と二次回路を水圧的に分離し、流れを安定させ、短いサイクルを減らし、空気と堆積物の管理を支援します。

バッファタンクはヒートポンプのCOPを向上させますか?

直接ではありません。バッファタンクはサイクルを減らし、油圧状態を安定させることでシステム全体の動作を改善しますが、熱損失も発生します。システムの効率は完全な設計に依存します。

バッファタンクは暖房システム内の空気の供給に役立ちますか?

大きな容器内では水の速度が低下し、同伴された気泡が上昇しやすくなるため、空気の分離が促進されます。適切に設計された空気分離器または自動通気口が必要な場合もあります。

バッファタンクは暖房システムから汚れを取り除くことができますか?

特にタンクに適切な低点排水管がある場合、水の速度が遅いため、重い粒子が沈降する可能性があります。ただし、必要に応じてストレーナー、汚れ分離器、または磁気フィルターの必要性がなくなるわけではありません。

バッファタンクはどこに設置すればよいですか？

その位置は、油圧構造とタンクの意図された機能によって異なります。 4 パイプのバッファー タンク、2 パイプのボリュマイザー、およびその他の構成では動作が異なるため、システム要件に従って接続設計を決定する必要があります。

ヒートポンプのバッファタンクはどれくらいの大きさがよいでしょうか?

すべてのプロジェクトに適した、kW あたりのリットル数の普遍的なルールはありません。サイジングでは、ヒート ポンプの最小出力、システムの水量、最小稼働時間、許容ΔT、最小建物負荷、ゾーニング、およびメーカーの要件を考慮する必要があります。